JPH04202059A - 窒化珪素系複合焼結体 - Google Patents
窒化珪素系複合焼結体Info
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、自動車部品や耐摩工具等に使用される構造用
セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れた
機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性化
に関するものである。
セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れた
機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性化
に関するものである。
し従来の技術］
窒化珪素は強度、破壊靭性、耐食性、耐摩耗性、耐熱衝
撃性、耐酸化性等においてバランスのとれた材料であり
室温、さらに高温における構造部材用エンジニアリング
セラミックスとして最近注目を集めている。しかしなが
ら、自動車部品等のように材料に対し高い信頼性と安定
性が要求される分野に窒化珪素セラミックスを使用して
いくには破壊靭性をさらに向上させてその脆さを克服し
かつ強度向上を図ることが必要不可欠であ、る。従来、
破壊靭性を向上させる技術として、たとえば特公昭６２
−２６５１７３号公報に示されるように窒化珪素マトリ
ックスに炭化珪素ウィスカーを複合、分散させる方法か
ある。
撃性、耐酸化性等においてバランスのとれた材料であり
室温、さらに高温における構造部材用エンジニアリング
セラミックスとして最近注目を集めている。しかしなが
ら、自動車部品等のように材料に対し高い信頼性と安定
性が要求される分野に窒化珪素セラミックスを使用して
いくには破壊靭性をさらに向上させてその脆さを克服し
かつ強度向上を図ることが必要不可欠であ、る。従来、
破壊靭性を向上させる技術として、たとえば特公昭６２
−２６５１７３号公報に示されるように窒化珪素マトリ
ックスに炭化珪素ウィスカーを複合、分散させる方法か
ある。
この方法によれば、破壊の際に進展する亀裂がウィスカ
ーによってディフレクションしたり、ウィスカーの引き
抜きや架橋が起こることにより破壊靭性が向上すると考
えられている。しかしウィスカー複合により破壊靭性は
向上するが、逆に、添加したウィスカーのサイズが１〜
１０μｍのオーダーである上にその凝集を機械的に完全
に取り除くことは事実上困難であり、これが粗大粒とし
て破壊起点となるため材料強度を低下させる。
ーによってディフレクションしたり、ウィスカーの引き
抜きや架橋が起こることにより破壊靭性が向上すると考
えられている。しかしウィスカー複合により破壊靭性は
向上するが、逆に、添加したウィスカーのサイズが１〜
１０μｍのオーダーである上にその凝集を機械的に完全
に取り除くことは事実上困難であり、これが粗大粒とし
て破壊起点となるため材料強度を低下させる。
［発明が解決しようとする課題］
従って、従来はウィスカーを添加したり窒化珪素を粒成
長させて大きな柱状晶の存在によって破壊靭性を向上さ
せており、その結果、事実上欠陥のサイズを大きくして
しまい強度が低下するため、強度・靭性を同時に向上さ
せることは困難であった。そのため、窒化珪素マトリッ
クスが粗大粒を含まない均一微細粒で構成された組織に
おいて強度と靭性向上の両立を図ることが課題であった
。
長させて大きな柱状晶の存在によって破壊靭性を向上さ
せており、その結果、事実上欠陥のサイズを大きくして
しまい強度が低下するため、強度・靭性を同時に向上さ
せることは困難であった。そのため、窒化珪素マトリッ
クスが粗大粒を含まない均一微細粒で構成された組織に
おいて強度と靭性向上の両立を図ることが課題であった
。
［課題を解決するための手段］
本発明は、平均短軸径が０，０５〜３μｍ、アスペクト
比が１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内
及び粒界相に、熱膨脹係数が５×１０−６／℃以上で平
均粒径が１〜５００ｎｍの異種粒子が分散していること
を特徴とする窒化珪素系複合焼結体である。
比が１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内
及び粒界相に、熱膨脹係数が５×１０−６／℃以上で平
均粒径が１〜５００ｎｍの異種粒子が分散していること
を特徴とする窒化珪素系複合焼結体である。
すなわち、本発明は、欠陥サイズの小さな組織で強度低
下因子を抑え、かつナノ粒子の魚合により結晶粒内及び
粒界相に残留応力を発生させて強度と靭性を向上させる
。窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒の柱状晶長軸径
は３０μｍ以下が好ましく特に３μｍ以下がより好まし
い。
下因子を抑え、かつナノ粒子の魚合により結晶粒内及び
粒界相に残留応力を発生させて強度と靭性を向上させる
。窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒の柱状晶長軸径
は３０μｍ以下が好ましく特に３μｍ以下がより好まし
い。
［作用コ
本発明によれば、窒化珪素質結晶粒内及び粒界相に熱膨
脹係数の大きな異種粒子が分散することにより焼結温度
から室温への冷却時に窒化珪素質結晶粒内及び粒界相に
熱膨脹係数のミスマツチによる残留圧縮応力が発生する
。破壊の際、亀裂先端部分にこの応力場がかかることに
より亀裂発生及び進展抵抗が増大し破壊靭性が向上する
。このため、窒化珪素質結晶粒及び粒界相と異種粒子と
の熱膨脹係数の差は大きいほどよい。すなわち、窒化珪
素質結晶粒及び粒界相の熱膨脹係数は通常３ Ｘ １０
−６／ ’Ｃ程度であるので、異種粒子の熱膨脹係数は
５ Ｘ１０−６／’Ｃ以上がよい。しかしながら、２０
×１０−６７℃以上になると窒化珪素質結晶粒及び粒界
相の熱膨脹係数とのミスマツチが大きすぎて、窒化珪素
質結晶粒内に亀裂が発生してしまうので好ましくない。
脹係数の大きな異種粒子が分散することにより焼結温度
から室温への冷却時に窒化珪素質結晶粒内及び粒界相に
熱膨脹係数のミスマツチによる残留圧縮応力が発生する
。破壊の際、亀裂先端部分にこの応力場がかかることに
より亀裂発生及び進展抵抗が増大し破壊靭性が向上する
。このため、窒化珪素質結晶粒及び粒界相と異種粒子と
の熱膨脹係数の差は大きいほどよい。すなわち、窒化珪
素質結晶粒及び粒界相の熱膨脹係数は通常３ Ｘ １０
−６／ ’Ｃ程度であるので、異種粒子の熱膨脹係数は
５ Ｘ１０−６／’Ｃ以上がよい。しかしながら、２０
×１０−６７℃以上になると窒化珪素質結晶粒及び粒界
相の熱膨脹係数とのミスマツチが大きすぎて、窒化珪素
質結晶粒内に亀裂が発生してしまうので好ましくない。
また異種粒子がナノメーターオーダーで粒内及び粒界分
散しているので欠陥サイズが増大しないため、破壊靭性
の向上は強度の向上に反映される。さらに粒内分散異種
粒子のまわりの応力場によって歪みが発生し異種粒子を
中心に窒化珪素質結晶粒内の転位の移動が促進され転位
面がサブ粒界を形成してみかけ上マトリックス粒子が微
細化し強度が向上する。窒化珪素質結晶粒の平均短軸径
が３μｍすなわち長軸径が３０μｍを越えると欠陥とな
り強度を低下させるので好ましくない。また、平均短軸
径が０．０５μｍ未満だとマトリックス組織が細かくな
りすざで、小さな応力で塑性変形してしまい、逆に強度
が低下する。分散異種粒子の粒径は大きすぎると残留圧
縮応力による窒化珪素質結晶粒及び粒界強化の効果が低
下するので５００ｎｍ以下が好ましく下限は原子状で格
子間に固溶している状態になる手前のｌｎｍがよい。分
散量は少なすぎると複合効果が発揮されず多すぎても異
種粒子同士の合体が起きてしまうので０．０１〜２０％
が好ましく特に０．５〜５％が好ましい。
散しているので欠陥サイズが増大しないため、破壊靭性
の向上は強度の向上に反映される。さらに粒内分散異種
粒子のまわりの応力場によって歪みが発生し異種粒子を
中心に窒化珪素質結晶粒内の転位の移動が促進され転位
面がサブ粒界を形成してみかけ上マトリックス粒子が微
細化し強度が向上する。窒化珪素質結晶粒の平均短軸径
が３μｍすなわち長軸径が３０μｍを越えると欠陥とな
り強度を低下させるので好ましくない。また、平均短軸
径が０．０５μｍ未満だとマトリックス組織が細かくな
りすざで、小さな応力で塑性変形してしまい、逆に強度
が低下する。分散異種粒子の粒径は大きすぎると残留圧
縮応力による窒化珪素質結晶粒及び粒界強化の効果が低
下するので５００ｎｍ以下が好ましく下限は原子状で格
子間に固溶している状態になる手前のｌｎｍがよい。分
散量は少なすぎると複合効果が発揮されず多すぎても異
種粒子同士の合体が起きてしまうので０．０１〜２０％
が好ましく特に０．５〜５％が好ましい。
このように、本発明はナノメーターオーダーでの粒内複
合効果により強度および破壊靭性を同時に向上させるこ
とができる。
合効果により強度および破壊靭性を同時に向上させるこ
とができる。
［実施例］
窒化珪素粉末１００ｇに対し表１のように各異種粒子粉
末をそれぞれ分散量に応じて配合し、さらに焼結助剤（
Ｙ Ｏ５ｗｔ％−Ａ１２０３５ｗｔ％）加えて湿式混
合した。これらの複合粉末を１．５［／ ｃｔの圧力で
冷間静水圧プレスし成形した後窒素中１８５０℃で１０
時間常圧焼結した。表１に分散粒子種と配合組成および
焼結体の機械的特性値を示した。
末をそれぞれ分散量に応じて配合し、さらに焼結助剤（
Ｙ Ｏ５ｗｔ％−Ａ１２０３５ｗｔ％）加えて湿式混
合した。これらの複合粉末を１．５［／ ｃｔの圧力で
冷間静水圧プレスし成形した後窒素中１８５０℃で１０
時間常圧焼結した。表１に分散粒子種と配合組成および
焼結体の機械的特性値を示した。
表１
［発明の効果］
本発明により、強度・破壊靭性ともに優れた窒化珪素系
セラミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品をはじめとする各種構造用部材への利
用が期待できる。
セラミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品をはじめとする各種構造用部材への利
用が期待できる。
特許出願人 住友電気工業株式会社
Claims (3)
- （１）平均短軸径が０．０５〜３μｍ、アスペクト比が
１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内及び
粒界相に、熱膨脹係数が５×１０＾−＾６／℃以上で平
均粒径が１〜５００ｎｍの異種粒子が分散していること
を特徴とする窒化珪素系複合焼結体。 - （２）異種粒子分散相の量が体積率で０．０１〜２０％
である請求項（１）記載の窒化珪素系複合焼結体。 - （３）異種粒子がＳｉを除く周期律表IIａ、IIIａ、IV
ａ、Ｖａ、VIａ、IIｂ、IIIｂ、IVｂ族の酸化物、窒化
物、炭化物及び硅化物である請求項（１）記載の窒化珪
素系複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330280A JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330280A JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04202059A true JPH04202059A (ja) | 1992-07-22 |
| JP2776471B2 JP2776471B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=18230887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2330280A Expired - Lifetime JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2776471B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615963A2 (en) * | 1993-03-17 | 1994-09-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Silicon nitride sintered body |
| JPH0848564A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体及びその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5238161B2 (ja) | 2004-11-26 | 2013-07-17 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法、並びに金属溶湯用部材、熱間加工用部材、掘削用部材 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340768A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミツクス |
| JPS63156070A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-29 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製法 |
| JPS63159259A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性窒化珪素質焼結体 |
| JPS63319263A (ja) * | 1987-06-23 | 1988-12-27 | Toshiba Corp | 窒化ケイ素系セラミックス |
| JPH02212346A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 複合材料の製造方法および原料組成物 |
| JPH0450167A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-19 | Toshiba Corp | 分散強化型複合セラミックス及び分散強化型複合セラミックス製造用複合粒子の製造方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2330280A patent/JP2776471B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
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| EP0615963A2 (en) * | 1993-03-17 | 1994-09-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Silicon nitride sintered body |
| EP0615963A3 (en) * | 1993-03-17 | 1994-12-07 | Sumitomo Electric Industries | Silicon nitride sintered body. |
| JPH0848564A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2776471B2 (ja) | 1998-07-16 |
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